跳至主要內容

一場科學與想像的思維盛宴:《潛藏的宇宙》翻譯後記

(2023年11月初版,大石文化出版)

「比科幻更令人驚奇的,往往是科學本身。」這句話完美詮釋了蕭恩·卡羅爾教授這本《潛藏的宇宙:量子世界與時空的湧現》帶給我的智性震撼。接下這本書的翻譯工作,不僅是一場知識的探險,更是一次徹底顛覆我既有認知的「典範轉移」之旅。

卡羅爾教授曾任教於加州理工學院,現為聖菲研究所外聘教授,是當代最具影響力的科普作家之一。他在量子物理與科學哲學領域著作等身,其2016年作品《詩性宇宙》在台灣出版後便廣受好評,成為科普愛好者必讀的經典之作。

《潛藏的宇宙》全書分為三大篇章,建構出一幅令人嘆為觀止的量子世界圖景。首部曲從「上帝是否在擲骰子?」這個愛因斯坦與波耳的世紀之辯切入,帶領讀者重新審視量子力學那些「鬼魅般」的基本原理。回憶大學初學量子力學時,那種顛覆古典物理認知的震撼感至今記憶猶新。當時老師諄諄教誨:面對這門「新物理」,必須先「全盤接受」其離經叛道的本質,而非試圖用古典思維強加解釋。我就是憑著這個「心法」,學會從薛丁格方程求解波函數,理解虛數構成的機率振幅如何平方為現實世界裡的機率大小。漸漸地,我接受了機率就是這個世界的本質,也認同哥本哈根學派所提出的「上帝是在擲骰子」的主張,卻始終不解為何愛因斯坦對此深惡痛絕,更困惑像費曼這樣的奇才也會坦言「無人真正理解量子力學」。

當本書把我熟悉的學習方式稱為「閉嘴計算」典範,把我所學會的內容歸為「教科書量子力學」時,初讀時那份錯愕與抗拒,逐漸轉化為會心一笑的領悟。這促使我跳脫既有框架,以全新視角重新審視量子力學的本質。相信每位曾修習量子物理的讀者,都能在這場「溫故知新」的思維之旅中找到獨特的樂趣。

第二篇章宛如科幻小說般引人入勝,卡羅爾教授深入探討艾弗雷特提出的「多世界詮釋」。這個又稱為「簡樸量子力學」的理論,以近乎禪學「斷捨離」的方式,剝除所有測量假設,直指量子力學最純粹的本質:若我們僅保留薛丁格方程和波函數這兩大基石,世界將會呈現何種面貌?答案令人震撼——每一次測量都不會造成波函數崩陷,而是導致宇宙分裂出無數平行分支!換言之,只要我們勇於正視量子糾纏與退相干等現象的本質,「多個世界」(波函數分支)的出現將是邏輯必然,而非科幻情節。這部分論述精妙絕倫,我誠摯邀請讀者跟隨作者抽絲剝繭,細細品味這個「比科幻更科幻」的科學推演過程,並思考由此衍生的深刻哲學命題:你希望平行世界中的「分身」過著怎樣的生活?這些「世界」與「分身」究竟是真實存在,抑或只是個數學模型?

經過前十章扎實的理論建構,第三篇章將視野拓展至量子場論與廣義相對論,探討量子重力理論的前沿研究。眾所周知,物理學家已成功建立大統一理論(GUT),整合弱力、強力與電磁力。若能進一步納入重力,距離解釋萬物的「萬有理論」(ToE)似乎僅剩一步之遙。然而這「最後一哩路」的艱難程度,恐怕遠超常人想像。

作者巧妙避開繁複數學,以量子場論的基本思維引領讀者理解「場量子化」的奧妙——正如把電磁場量子化得到光子,理論上,重力場應能量子化而得出「重力子」。但關鍵在於,愛因斯坦的廣義相對論把重力詮釋為時空彎曲本身,而非牛頓力學中存在於時空中的一種作用力。這意味著量子化重力場,實質上是對時空結構進行量子化!我們習以為常的時間與空間,這個承載萬物的「舞台」,突然要成為量子遊戲的「參與者」,其概念衝擊之大,可借用北歐理論物理研究所王元君研究員在演講中的妙喻:「這好比原本約好球員在固定球場比賽,突然連球場地板也要下場打球,自然令人不知所措。」

卡羅爾教授透過量子真空態黑洞觀測等現代物理發現,跳脫傳統「先古典後量子」的思維框架,直接從量子糾纏退相干等本質特性出發,輔以熵、湧現等跨領域概念,層層剖析「時間」和「空間」的真實本質,探討「古典世界如何從波函數分支中湧現」這個根本問題。讀者將跟隨作者犀利的思想實驗,深入理解弦論迴圈量子重力重力熵假說等前沿理論的發展困境與突破可能。

必須坦言,量子與重力的統一之路尚未走到盡頭,終極答案仍隱藏在未知的迷霧中。但這不正是理論物理最迷人的特質嗎?與未知共存,在困惑中堅持探索,正是科學前沿工作者的日常寫照。

若您也渴望揭開宇宙最深層的面紗,追問存在最根本的真相,我相信您一定會愛上卡羅爾教授透過本書展現的清晰思路、優雅文筆與生動比喻。準備好展開這場「腦洞大開」的科學之旅了嗎?讓我們一同探尋那些「潛藏的宇宙」。



【註】王元君研究員於2015年12月5日在臺大應力所國際演講廳主講「黑洞與量子力學:從霍京輻射到火墻悖論」之演講內容。

近期熱門文章

憑空消失的日子:儒略曆 - 格里曆

頒行格里曆的1582 年十月:消失的十天 日不落國的 1752 年九月:消失的十一天 在我知道英文的名字大多是以「音譯」的方式進行之後,把「Mary」譯成「瑪麗」或「瑪莉」很容易理解,但是, 為什麼「John」會被譯成「約翰」呢? 今天,碰到一個更有趣的譯名:「Julian calendar」是「儒略曆」! 好奇之餘,上網搜尋了一下,意外地增廣了見聞:  由於「0.002%」的誤差: 儒略曆每年 365.25日 與 格里曆每年 365.2425 日。 在曆法的改革上, 每個國家、地區,因採行新曆的時間不同, 各自在月曆上「抹去」的日子,也從 10 到 13 天不等。 這樣「憑空消失」的日子,什麼時候會再來呢? 《科學發展,2015年4月,508期》 * * *  底下文字,節錄轉貼(並稍稍改寫)自維基百科: 儒略 (拉丁 文 : Gens Iulia  或  Iulii ),一譯 「 尤利烏斯」 ,是古 羅馬 的一个 貴 族氏族, 現今 也被用作該氏族成 員「 儒略・凱撒 」(或: 尤利烏斯・凱撒 )的代名 詞 。這個氏族成 員 在 羅馬 共和 國 早期享有尊 貴 地位,第一位成 為羅馬執政官 的是公元前 489 年的 Gaius Julius Iulus ,但最 為 人熟知的是儒略·凱撒 。 應該注意的是,中國大陸現在通常將此人譯作 「 尤利烏斯·凱撒」 , 但在天文學上仍沿用「儒略曆」一詞,而不是「尤利烏斯曆」。 * * *  儒略曆 (Julian calendar),是 格里曆 (Gregorian calendar) 的前身,由羅馬共和國獨裁官 儒略・凱撒 (Julius Caesar,後稱「凱撒大帝」) 採納埃及亞歷山大的希臘數學家兼天文學家索西琴尼( Sosigenes of Alexandria )計算的曆法,在公元前 45 年 1 月 1 日起執行,取代舊羅馬曆曆法的一種曆法。一年設 12 個月,大小月交替,四年一閏,平年 365 日,閏年於二月底增加一閏日,年平均長度為  365.25  日。 由於累積誤差隨著時間越來越大, 1582 年後被...

劍道旅程:初段至五段半的「旅遊手冊」

2009年,懷卡托劍道協會升段審查 認識我的好友,大概都知道,在 1998 年時, Marleen 與我機緣湊巧移居紐西蘭的漢彌爾頓市(Hamilton),成了方圓百里之內,「唯二」會打劍的兩個人。隔年,因緣成熟,成立了 懷卡托劍道館 ,開始肩負起「 劍道指導者 」的重任。 自己打劍道,跟教別人打劍道,是完全不同的兩件事! 記得在道館成立約半年左右, 徐恆雄教練率領了二十多位師兄弟,到紐西蘭來看我們 ,在教練返國之後約一年,換我回台灣。在前去拜訪教練的時候,教練問我的第一句就是:「說吧!你哪裡不會教?」 我不禁大笑出來,回答他:「 教練真是『內行人』! 」 在劍技的教學之外,如何幫學生通過升段考試(昇段審查)是我碰到的第一個問題。大家或許可以想見,當我們「從一二一二開始」教出來的學生,第一次升上初段時,我們心中的那份成就感,實在是相當美好。曾經,我記得每個升段的學生,也曾在雅虎奇摩部落格中寫下我們道館「 十七段 」的故事。 底下我希望分享的是這些年的教學經驗、參與紐西蘭劍道協會的昇段審查(從六級到四、五段)經驗,以及向幾位熟識的日本先生請益,而逐漸摸索出一套「說法」,主要是針對我們道館裡的初學者,幫助他們在劍道的旅途中,有個方向感,類似「旅遊手冊」或「觀光指引」的功能。 若在此分享之後,也對劍友有幫助,自然是功德無量! 簡單來說: 初學者在「級 Kyu」的階段 ,主要的學習目標是,在肢體上能夠做出「氣劍體一致」的正確打擊動作。具體來說,當元立(motodachi)提供打擊目標,初學者的打擊動作愈「協調」時,所獲得的級數便愈高。按這個標準而言,「一級」的初學者,就是可以做出氣劍體一致的人。 2016年懷卡托劍道協會昇段審查,初學組(三級以下) 升段考試的基本項目,由淺而深包括:中段構形、腳步、擺振(面、胴、手、上下擺振、斜擺振、快速擺振等),打擊的部分,在有元立的條件下,能夠打出基本的「五本招式」:面、手、胴、手-面與手- 胴。 以上這些也就是我們在新生班的教學重點。 2016年懷卡托劍道協會昇段審查,初學組(三級以上,含三級) * 「初段」的標準是,兩位「一級」的劍士,在為時約一至二分鐘的「地稽古」時間內,可以打出「有效打擊」。 與一級的差別是:「一級」時,是有元立會讓出...

台灣的「小六」與「國一」是紐西蘭的幾年級?

紐西蘭的學校分三級,於台灣相似,但在年級的安排上有些差異。 台灣是小學六年、國中三年、高中三年,共十二年國民教育。 紐西蘭則是小學六年、初中二年、 高中五年 ,共十三年的國民教育。 有趣的是,紐西蘭是五歲入小學,早台灣一年,因此,大家受完國民教育的年紀是一樣的。只不過,台灣的學年是從九月開始,而紐西蘭是從二月開始,所以,中間會有半年的差別。 用英文來說,紐西蘭小學是 Primary School,初中是 Intermediate School,高中是 High School。這不同於在台灣我們習慣以「美式」的 Junior High School 來稱呼國中,Senior High School 來稱呼高中。 用數學來總結一下紐西蘭學制:Primary 是 Year 1-6,Intermediate 是 Year 7-8,High School 則是 Year 9-13。 這裡還有一個重要小細節,在紐西蘭高中的前兩年(Year 9 與 Year 10)是 Junior High,後三年(Year 11、12、13)則是 Senior High。 * * * * * Sam Tsai 蔡坤憲: 紐西蘭中小學的學期簡介 : 很多好友希望多了解一些紐西蘭教育的相關議題,希望我能做一些介紹,思來想去,決定從最簡單的「學制」、「上下學時間」、「功課表」與「放假」的制度開始。 紐西蘭的學校分三級,於台灣相似,但在年級的安排上有些差異。 台灣是小學六年、國中三年、高中三年,共十二年國民教育。 紐西...

紐西蘭中小學的學期簡介

很多好友希望多了解一些紐西蘭教育的相關議題,希望我能做一些介紹,思來想去,決定從最簡單的「學制」、「上下學時間」、「功課表」與「放假」的制度開始。 紐西蘭的學校分三級,於台灣相似,但在年級的安排上有些差異。 台灣是小學六年、國中三年、高中三年,共十二年國民教育。 紐西蘭則是小學六年、初中二年、高中五年,共十三年的國民教育。 有趣的是,紐西蘭是五歲入小學,早台灣一年,因此,大家受完國民教育的年紀是一樣的。只不過,台灣的學年是從九月開始,而紐西蘭是從二月開始,所以,中間會有半年的差別。 用英文來說,紐西蘭小學是 Primary School,初中是 Intermediate School,高中是 High School。這不同於在台灣我們習慣以「美式」的 Junior High School 來稱呼國中,Senior High School 來稱呼高中。 用數學來總結一下紐西蘭學制:Primary 是 Year 1-6,Intermediate 是 Year 7-8,High School 則是 Year 9-13。 這裡還有一個重要小細節,在紐西蘭高中的前兩年(Year 9 與 Year 10)是 Junior High,後三年(Year 11、12、13)則是 Senior High。 在中學的這後三年,學生得參加簡稱為 NCEA 的國家級考試,及格者,才算「高中畢業」。(NCEA 相當複雜,容我稍後再專文分享) * 一般說來,紐西蘭的中小學是從早上九點開始上課,下午三點左右放學。 我女兒的小學,要求小孩在八點半到九點之間到校,九點整開始第一堂課,三點整放學。第一堂下課時間(稱作 interval)是 10.40 到 11.00 的早茶時間,午餐是 12.30 到 1.30,有三十分鐘。因此,一天只有「三節課」,一節約一個半小時:早上有二大節,下午有一大節。 目前她就讀的中學,要求學生在 8.45 以前要到校,下午 3.15放學。 而我目前服務的學校,老師在 8.30 開始晨會,8.50 開始導生班,學生須在此時進教室點名。   第一堂課從 9.05 開始,10.05下課   10.05 開始第二堂課,11.05 下課   11.05 到 11.30 是下課時間(稱為 interval),   ...

夸克的「味變機制」與 「β衰變」

今天有機會,讓我對中學課本裡的「 貝他衰變 」又多了一番認識: 我心中曾有過一個疑問:由貝他衰變所放射出來的「電子」, 雖然物理構造完全相同,但它卻不是原子軌域上的電子? 在中學課堂裡,我們一般只有教類似下方的一張圖: 貝他衰變(beta decay,即 β衰變)是放射性原子核放射出「電子」(β粒子)和「微中子」而轉變為另一種核的過程,屬於弱交互作用。 考試的重點之一是: (負)貝他衰變 的規律之後, 新核的質量數不變,電荷數增加 1, 原子序數增加 1 。 對有興趣的學生,或是知道「正子」的學生,也許會多介紹: 放出正電子的稱為「正貝他衰變」,放出電子的稱為「負貝他衰變」。 * 透過粒子物理的「標準模型」,我理解到,當把質子、中子「拆解」成三個夸克,再知道夸克之間的「味變機制」時,便可以跟「貝他衰變」連上關係。 我知道這樣理解還很粗糙: 夸克有六種,這些種類被稱為「 味 」,它們是上、下、魅、奇、底及頂。 從中學生所能理解的「量子數」來看,就「原子」而言,量子數發生變化,指的是電子在不同的能階之間躍遷。 略有不同的是, 「味」是「基本粒子」的量子數 ,而不是「原子」的,屬於「量子色動力學」的範疇,描述夸克、膠子之間強交互作用的動力學理論。 就「尺寸」而言,從原子到質子、中子,再到夸克,這是進入一個又小了好幾個數量級的世界,其「量子躍遷」的機制,顯然更為複雜,或者說,不在我們一般日常生活的常識或中學教科書裡。 但是,粗糙、直觀地透過「量子數」來理解: 夸克之間的「味變」,或說是「量子躍遷」,會釋放出「電子」。與我們一般熟悉的「電子在不同的能階之間躍遷,會釋放或吸收光子」的現象,直觀來說,非常相似。 借幾張從網路上收集來的圖片,摘要我今日的理解: 中學生已經熟悉的:中子衰變成質子時,釋放出電子,稱為「β衰變」。 把質子、中子拆開來看: 中子的構造:udd(上下下)三種夸克 質子的構造:uud(上上下)三種夸克 當一個 d 夸克「味變」成 u 夸克時,會釋放出電子與微中子。 圖中的箭頭,一般在化學課裡,我們都理解成「化學變化」, 這裡則是「核變化」,是「β衰變」,是「弱交互作用」。 當然,...